摘要：随着电力系统的快速发展和全国联网的形成，大型发电机组在电力系统中的作用越来越重要，同时对大型发电机组继电保护的要求也越来越高，大型发电机组继电保护正确、合理的整定计算是提高其应用水平和保证其正确动作的关键和重要环节。由于继电保护整定计算是一项系统性工程，本文将简要论述发电厂继电保护整定计算的特点、基本思想及方法，全面总结河曲电厂一、二期工程电气继电保护整定计算工作取得的经验和存在的问题，并结合河曲电厂继电保护整定计算工作实践进行了专题论述。
关键词：继电保护；整定计算
1 正确的电厂继电保护整定计算工作的必要性
继电保护是电力系统不可分割的一部分，是构成电力系统安全稳定运行的主要防线之一，为此继电保护必须满足“可靠性、选择性、灵敏性、速动性”四个基本要求，除了“可靠性”要依赖继电保护装置本身之外，“选择性、灵敏性、速动性”均取决于保护的定值是否正确、合理，因此做好电厂继电保护定值的整定计算工作是保证电厂安全运行、保证设备安全的必要条件。
2 电厂继电保护整定计算工作与电网整定计算工作的比较及其自身的特点
电力系统由发电、输变电、用电三个环节构成，也可简单地分为电厂和电网。相应地，根据应用对象继电保护也分为电网保护（线路保护）和电厂保护（元件保护）。
发电厂继电保护整定计算是继电保护工作重要组成部分，通常高压母线、主变零序及以外设备的继电保护整定计算属系统部分；高压母线以内设备的继电保护整定计算属电厂部分。两者间有共同之处，都应严格遵循继电保护选择性、速动性、灵敏性、安全可靠性要求的原则。两者间更多的是要相互配合并构成统一的整体，主要围绕着发电厂的发电机、主变压器及厂用系统、自动装置等电气设备元件继电保护（自动装置）的整定计算。本质上讲，电网保护和电厂保护的定值整定计算是相同的，首先研究保护对象发生故障后出现的特征量的变化规律，设计一种自动装置——继电保护，反映该特征量，当特征量达到预定的定值，装置自动动作于断路器切除故障对象。而为了保证继电保护的每一次动作严格地满足选择性、灵敏性、速动性的要求，每种保护的定值需遵循一定的原则进行计算，即整定原则。但是由于保护对象的差别，电厂保护和电网保护在形式上有明显的不同，相对于电网保护种类少、整定原则较规范而言，电厂保护具有明显的特点。
数量多——完整的发电机保护数量多达20种以上种类杂——除了反映工频量的保护外，还有反映非工频量的保护、反映非电量的保护主保护以差动保护为主——差动保护本身具有选择性好、灵敏度高的优点，由于电厂各电气元件两侧电气量易于获得，差动保护在电厂得到广泛应用。
厂用电保护配合复杂——厂用电接线复杂，保护之间的配合难以满足要求；而且大型电动机的自启动电流对保护整定的影响更加严重。
3 电厂继电保护整定计算工作基本思想和基本方法
电厂继电保护整定计算工作的任务就是对各种短路故障和不正常工况进行模拟计算和分析，结合保护装置原理和被保护设备电气特性，为电厂各种继电保护装置给出整定值，使保护装置能满足一次设备和系统的安全运行要求。下面结合河曲电厂一、二期工程继电保护整定计算的工作实际，将基本的整定计算步骤简要介绍如下：
首先需要掌握发电厂主电气系统、厂用系统及所有电气设备情况并建立资料档案，绘制标有主要电气设备参数和电流互感器TA、电压互感器TV变比和等级（5P、10P或TP）的主系统接线图。绘制标有主要电气设备参数和TA、TV变比的高、低压厂用系统接线图。收集全厂电气设备所有电气参数，按发电机、主变压器、高压厂用变压器、低压厂用变压器、电抗器、高压电动机、低压电动机等电气设备分门别类建立参数表。收集全厂电气设备继电保护用TA、TV的型号变比、容量、饱和倍数、准确等级、二次回路的最大负载，建立TA、TV参数表。掌握发电厂内所有高、低压电动机在生产过程中机械负荷的性质（过负荷可能性、重要性），并分类立表。收集并掌握主设备及厂用设备继电保护配置图。收集并掌握主设备和厂用设备继电保护原理展开图与操作控制回路展开图、厂用系统程控联锁图等。 收集并掌握主设备及厂用设备与汽轮机、锅炉、电气保护有关的联锁图。收集并掌握主设备及厂用设备继电保护及自动装置的技术说明书、使用说明书及调度下发的最新系统阻抗。
第二步是绘制全厂电气设备等效阻抗图。计算全厂所有主设备、厂用设备的等效标么阻抗并建表。绘制标么阻抗的等效电路图。 绘制并归算至各级母线的电源等综合阻抗图（图中标有等效计算阻抗）。 绘制并计算不对称短路电流用的正、负、零序阻抗及各序综合阻抗图。
第三步与所在部门（调度部门、值长组、电气运行）确定各种可能的运行方式。根据运行方式确定河曲电厂为大方式选择为系统最大，四台机组运行，厂用电由高厂变供电；小方式选择为系统最小，三台机全停，厂用电由启备变供电。
第四步是进行短路故障计算，编制短路电流计算书。短路电流计算是整定计算工作的重要内容，短路计算的结果是整定定值、保证上下级配合和校验灵敏度的重要参数。 短路计算一般采用基于标么值的运算曲线法，通过人工计算得到各个故障点的短路电流，在条件允许时可以借助成熟的整定计算软件进行计算，最后将两种方法得到的计算结果进行比较验证已确保短路电流计算结果的准确性从而得到各个故障点的实际短路电流。
第五步是保护定值的整定，编制定值整定计算书及保护定值通知单。整定计算顺序。计算时可先由400V低压厂用电气设备的整定计算开始，然后逐级从低压厂用变压器、高压电动机、高压厂用变压器向电源侧计算，最后整定计算主设备中发电机变压器组的保护；也可首先计算主设备中发电机变压器组的保护，然后计算厂用系统的继电保护，最后修正主设备的后备保护整定值，并完善整套定方案。
4 河曲电厂继电保护整定计算工作取得的经验
继电保护整定计算工作不只是一项单纯的计算工作，而实际上是一项复杂的系统工程。在整定计算过程中不断积累经验，灵活运用一定的整定技巧，对提高整定计算工作效率和保证计算结果准确都具有重要意义。下面简要介绍一下河曲电厂继电保护整定计算工作中积累的几点经验：
大型发电机变压器组保护整定计算本身并无十分复杂的计算，然而要真正能得到一份非常合理和性能最佳的整定方案或一份最佳的整定值，却不是一件容易的工作。单凭继电保护的一般知识，套用书本给定的计算公式，就能得到一套完整的继电保护整定值，这样的想法是不现实的。继电保护整定值是正确计算和合理选择相结合的结果，因而必须做到： 熟知各电气设备（如发电机、变压器、断路器、互感器等）的性能、参数、结构、特点等。大型发电机变压器组保护整定计算相对成熟，参考《大型发电机变压器继电保护整定计算导则（DL/T 684-2012）》时定值整定相对容易点，难点在于厂用电接线复杂，保护之间的配合难以满足要求；而且大型电动机的自启动电流对保护整定的影响更加严重，在2016年之前又没有通用的导则可以借鉴参考，导致厂用电保护定值整定每个厂的整定原则都不尽相同，导致出现厂用电保护定值“仁者见仁智者见智”的局面，说他不合理有没有同意大规范可查说它合理同样也是，给电厂的安全生产带来了极大的安全隐患，在2016年6月正式发行《厂用电继电保护整定计算导则（DL/T 1502-2016）》后，厂用电保护整定计算工作逐步正规化，也为统一厂用电计算原则奠定了基础，下面注重介绍一下关于厂用电保护整定计算方面的几点意见与建议：一是：关于双电缆接线其零序电流互感器二次绕组接线方式不同对零序保护定值整定的影响。某电厂2013年2月25日22:55:57 #4炉B吸风机电机电缆C相发生接地故障，发变组保护4B分支零序过流I段保护动作，#4机组10kV4B段母线进线开关跳闸，4B段母线失电，机组非停。测量#4机10kV B段母线绝缘合格，#4B引风机电缆绝缘不合格。检查#4B引风机电机本机接线盒，发现接线盒内C相电缆终端绝缘护套有对地放电灼伤痕迹，护套有一处绝缘开裂，接线盒内三相接线柱电缆附近均有弧光放电痕迹。测量#4B引风机电机绝缘合格。机组跳闸原因初步确定，处理故障电缆后，启动#4炉A引风机等设备，#4机组于26日08:59并网。此次事故虽说存在4B吸风机电机电缆绝缘故障故障点但是开关的保护装置越级跳闸导致机组非停，需要重点检查、分析保护装置的可靠性及保护定值的正确、合理性。现场核实保护装置定值与定值单整定一致，#4炉B引风机接地保护定值和#4发变组保护高厂变 B分支零序过流I段定值分别为（以下电流定值均为一次值）：#4炉B引风机接地保护：动作值40A，动作延时0.4s；高厂变 B分支零序过流I段：动作值80A，动作延时0.7s，符合《厂用电继电保护整定计算导则（DL/T 1502-2016）》7.8.2的规定，上下级接地零序保护定值从动作值和动作延时均可实现上下级的可靠配合，定值整定正确。校验保护装置保护装置动作正确，进一步检查发现该厂#4炉B引风机电机功率为7200kW，单根3*185mm电缆截面积不能满足要求，因此采用了两根电缆并联接线方式，每根电缆上各装设了一只零序电流互感器，其二次绕组联接方式为串联方式。根据《DL/T 5153-2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》中9.2.4的说明：双电缆接线其零序电流互感器二次绕组接线方式可分为串联、并联两种方式。以得到最大的零序输出容量为条件，当负载阻抗等于零序电流互感器的内阻抗时，串联、并联是一样的，若负载阻抗大于内阻抗，则以串联为大，反之，以并联为大。一般情况下负载阻抗都大于内阻抗，所以条文规定了以串联方式接入继电器。该厂实际情况是：经过实际测量零序电流互感器实际内阻抗为：1.1Ω，外阻抗为：0.2Ω，负载阻抗远远小于内阻抗，因此两只零序电流互感器二次绕组设计为串联方式与现场实际不适宜。 现场以零序电流互感器二次绕组串联接线方式加量测试，实际偏差(电流值均为一次值）：
表1 零序电流互感器二次绕组串联接线方式加量测试偏差表
以零序电流互感器二次绕组并联接线方式加量测试，实际值与保护装置采样基本一致。因此，采用串联接线方式造成采样不准确，#4炉B引风机电机开关零序保护未能准确动作，造成越级跳闸。本次事故充分反映出熟知各电气设备的性能、参数、结构、特点等重要性，在熟知上述零序CT串、并关系时可以通过在两个零序CT二次线串联时将保护定理论上调整为原来的1/2或者将零序CT二次线更改为并列接线定值不变来避免本次事故的发生，也充分说明了简单的套用公式及导则是无法保证整定计算定值的正确性。
二是：过去由于设计的原因中压厂用电母线普遍未设置母线快速动作的主保护，而是由进线开关的后备保护（如高厂变后备保护）兼顾，高厂变分支限时速断0.3s动作，分支复合过压电流时间为1.3s，主厂房中压母线发生任何故障都需要延时0.3s切除。鉴于中压母线的重要地位，母线发生故障时，其短路电流所产生的电弧及其大量的高温，使开关柜内气体急剧膨胀，在极短时间内达到顶峰，严重危及人身和设备安全，所以建议通过技改逐步配置中压母线弧光保护，并按照《厂用电继电保护整定计算导则（DL/T 1502-2016）》8.4之规定电流定值按躲过母线正常运行时电源进线的最大负荷电流整定
其中
流二次值，动作时间不需要和其他保护相配合，可取0-20ms,出口方式：动作于跳所接母线分支断路器（或进线断路器）、闭锁快切。
三是：关于FC回路大电流闭锁跳闸出口功能投退的建议，按照《厂用电继电保护整定计算导则（DL/T 1502-2016）》5.2.4之规定闭锁电流整定值
其中：
；
：
。在实际应用中发现使用FC开关的负荷功率、容量一般都比较小，以ABB VSC真空接触器及东大金智WDZ-430EX电动机综合保护装置组合为例，接触器允许断开短路电流为6000A，同时小负载开关配置CT变比也较小，以CT变比为50/1为例，按照《导则》的规定闭锁电流整定值应为92.3-80A（二次值），实际保护装置的定值上限为24A，导致保护定值无法整定，如按照保护装置上限整定FC大电流闭锁电流一次值为1200A远远小于接触器允许断开短路电流6000A，再加上使用FC开关CT的准确等级一般为10P20，在出现大的故障电流时（中压母线三相短路电流可达20多kA）CT可能已经饱和无法保证二次输出的准确性从而也无法保证保护装置动作的准确性，综合上述考虑建议将FC大电流闭锁跳闸出口功能退出，在出现相间短路故障大的故障电流时依靠熔断器的快速熔断来切除故障。
5 结束语
电厂继电保护定值整定计算工作是一项专业性较强、系统性的工作，对于整定计算人员的要求相对较高，整定计算人员除需掌握电路、电机学、电力系统分析、电力电子、继电保护原理等基础理论外，还必须熟知保护相关的一、二次设备的工作原理、性能、参数计算以及基本的故障分析。此外，整定计算人员还必须有高度的责任心和一丝不苟的工作态度，工作中要耐得住寂寞，要有足够的定力，因为其主要工作就是与枯燥乏味数字打交道，再有就是整定计算工作稍有差错，就有可能导致保护装置的拒动或者误动，轻者引起机组非停，重者损坏电气设备甚至造成对电网的冲击。鉴于正确、合理的整定计算是提高大型发电机组继电保护应用水平和保证其正确动作的关键和重要环节，结合河曲电厂继电保护整定计算实工作践，还需要在今后的工作中加强学习、不断总结工作经验、提高整定计算水平，从而最大限度的发挥保护装置性能，提高保护正确动作率水平。
参考文献
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[5]曹国臣,蔡国伟,王海军.继电保护整定计算方法存在的问题及解决对策.中国电机工程学报.2003.
论文作者:付树强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
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